LinuxFocus article number 316 http://linuxfocus.org

por Leonardo Giordani <leo.giordani(at)libero.it> Sobre el autor: Acabo de recibir mi título de la Facultad de Ingeniería de Telecomunicaciones de la Politécnica de Milan. Interesado en la programación (principalmente en Ensamblador y C/C++). Desde 1999 trabajo casi exclusivamente con Linux/Unix. Traducido al español por: Miguel Alfageme Sánchez <malfageme(at)terra.es>

Programación concurrente - Colas de mensajes (3) Resumen: Este es el último artículo de la serie sobre programación concurrente: en él implementaremos la segunda y última capa de nuestro protocolo, creando funciones que simularán el comportamiento del usuario basándose en la primera capa desarrollada en el pasado artículo. Podría ser una buenda idea leerse primero alguno de los artículos anteriores de la serie: Programación concurrente - Colas de mensajes (2) Programación concurrente - Principios e introducción a los procesos Programación concurrente - Comunicación entre procesos Programación concurrente - Colas de mensajes (1) _________________ _________________ _________________

Implementación del protocolo - Capa 2 - General

La capa 2 contiene funciones de alto nivel para enviar y recibir mensajes, para pedir y responder a servicios, y algún material de inicialización: esas funciones se construyen utilizando las de la capa 1 y, por tanto, son realmente fáciles de entender. Nótese que en layer2.h declaré algunos alias para representar tipos de mensajes (mensajes de usuario y mensajes de servicio) y diferentes servicios (entre ellos dos servicios definidos por el usuario para experimentos).

El ipcdemo es sólamente un código de demostración: no está optimizado, y salta a la vista que he empleado muchas variables globales, pero esto es sóolo para permitir que el lector se concentre en la parte de IPC y no en los detalles del código. De cualquier forma, si encuentras algo realmente extraño, simplemente escríbeme y lo comentaremos.

Implementación del proceso de usuario

Cuando el usuario comienza su vida, lo primero que debería hacer es crear una cola y permitir que el conmutador conozca cómo llegar a ella; para hacer esto el usuario envía dos mensajes de servicio, SERV_BIRTH y SERV_QID.

/* Initialize queue  */
qid = init_queue(i);

/* Let the switch know we are alive */
child_send_birth(i, sw);

/* Let the switch know how to reach us */
child_send_qid(i, qid, sw);

La decisión de enviar mensajes se toma en base a una probabilidad: la función myrand() devuelve un número aleatorio normalizado según el argumento pasado, en este caso 100, y se envía el mensaje sólo si este número es menor que la probabilidad especificada; ya que el usuario se duerme durante 1 segundo entre dos ejecuciones del bucle, más o menos enviará tantos mensajes como la probababilidad de envío cada 100 segundos, asumiendo que 100 extracciones son suficientes para transformar la probabilidad en realidad, las cuales son insuficientes... Simplemente tendremos que poner atención en no utilizar probabilidades demasiado bajas o nuestra simulación se ejecutará durante mucho tiempo.

if(myrand(100) < send_prob){
  dest = 0;

  /* Do not send messages to the switch, to you, */
  /* and to the same receiver of the previous message */
  while((dest == 0) || (dest == i) || (dest == olddest)){
    dest = myrand(childs + 1);
  }
  olddest = dest;

  printf("%d -- U %d -- Message to user %d\n", (int) time(NULL), i, dest);
  child_send_msg(i, dest, 0, sw);
}

/* Check the incoming box for simple messages */
if(child_get_msg(TYPE_CONN, &in)){
  msg_sender = get_sender(&in);
  msg_data = get_data(&in);
  printf("%d -- U %d -- Message from user %d: %d\n",
         (int) time(NULL), i, msg_sender, msg_data);
}

/* Check if the switch requested a service */
if(child_get_msg(TYPE_SERV, &in)){
  msg_service = get_service(&in);

  switch(msg_service){
  case SERV_TERM:
    /* Sorry, we have to terminate */
    /* Send an acknowledgement to the switch */
    child_send_death(i, getpid(), sw);

    /* Read the last messages we have in the queue */
    while(child_get_msg(TYPE_CONN, &in)){
      msg_sender = get_sender(&in);
      msg_data = get_data(&in);
      printf("%d -- U %d -- Message from user %d: %d\n",
             (int) time(NULL), i, msg_sender, msg_data);
    }

    /* Remove the queue */
    close_queue(qid);
    printf("%d -- U %d -- Termination\n", (int) time(NULL), i);
    exit(0);
    break;
  case SERV_TIME:
    /* We have to time our work */
    child_send_time(i, sw);
    printf("%d -- U %d -- Timing\n", (int) time(NULL), i);
    break;
  }
}

Implementación del proceso conmutador

En la segunda parte, el proceso padre actúa como un conmutador, ejecutando un bucle tal y como hace el usuario, hasta que todos los usuarios han finalizado. El conmutador comprueba si hay mensajes entrantes procedentes de usuarios y los enruta hacia sus destinos.

/* Check if some user has connected */
if(switch_get_msg(TYPE_CONN, &in)){

  msg_receiver = get_receiver(&in);
  msg_sender = get_sender(&in);
  msg_data = get_data(&in);

  /* If the destination is alive */
  if(queues[msg_receiver] != sw){

    /* Send a messge to the destination (follow-up the received message) */
    switch_send_msg(msg_sender, msg_data, queues[msg_receiver]);

    printf("%d -- S -- Sender: %d -- Destination: %d\n",
           (int) time(NULL), msg_sender, msg_receiver);
  }
  else{
    /* The destination is not alive */
    printf("%d -- S -- Unreachable destination (Sender: %d - Destination: %d)\n",
          (int) time(NULL), msg_sender, msg_receiver);
  }

  /* Randomly request a service to the sender of the last message */
  if((myrand(100)  < death_prob) && (queues[msg_sender] != sw)){
    switch(myrand(2))
      {
      case 0:
    /* The user must terminate */
    printf("%d -- S -- User %d chosen for termination\n",
          (int) time(NULL), msg_sender);
    switch_send_term(i, queues[msg_sender]);
    break;
      case 1:
    /* Check if we are already timing that user */
    if(!timing[msg_sender][0]){
      timing[msg_sender][0] = 1;
      timing[msg_sender][1] = (int) time(NULL);
      printf("%d -- S -- User %d chosen for timing...\n",
            timing[msg_sender][1], msg_sender);
      switch_send_time(queues[msg_sender]);
    }
    break;
      }
  }
}
else{
  if(deadproc == childs){
    /* All childs have been terminated, just wait for the last to complete its last jobs */
    waitpid(pid, &status, 0);

    /* Remove the switch queue */
    remove_queue(sw);

    /* Terminate the program */
    exit(0);
  }
}

if(switch_get_msg(TYPE_SERV, &in)){
  msg_service = get_service(&in);
  msg_sender = get_sender(&in);

  switch(msg_service)
    {
    case SERV_BIRTH:
      /* A new user has connected */
      printf("%d -- S -- Activation of user %d\n", (int) time(NULL), msg_sender);
      break;

    case SERV_DEATH:
      /* The user is terminating */
      printf("%d -- S -- User %d is terminating\n", (int) time(NULL), msg_sender);

      /* Remove its queue from the list */
      queues[msg_sender] = sw;

      /* Remember how many users are dead */
      deadproc++;
    break;

    case SERV_QID:
      /* The user is sending us its queue id */
      msg_data = get_data(&in);
      printf("%d -- S -- Got queue id of user %d: %d\n",
            (int) time(NULL), msg_sender, msg_data);
      queues[msg_sender] = msg_data;
      break;

    case SERV_TIME:
      msg_data = get_data(&in);

      /* Timing informations */
      timing[msg_sender][1] = msg_data - timing[msg_sender][1];

      printf("%d -- S -- Timing of user %d: %d seconds\n",
            (int) time(NULL), msg_sender, timing[msg_sender][1]);
      /* The user is no more under time control */
      timing[msg_sender][0] = 0;
      break;
    }
}

Consideraciones finales

Sólamente un pequeño consejo sobre los experimentos con IPC. Muchas veces ejecutará programas que no funcionarán como queremos (el programa de antes se ejecutó muchas muchas veces...), pero cuando hacemos forks de procesos, simplemente con apretar Ctrl-C no los matamos todos. Antes no he mencionado nada del programa kill, pero llegados a este punto sabe muchas cosas sobre procesos y entenderá la página del man. Pero hay otra cosa que sus procesos dejarán detrás después de haber sido matados: las estructuras IPC. En el ejemplo de arriba, si mata los procesos que se están ejecutando, seguramente no liberarán las colas de mensajes; para limpiar toda la memoria del núcleo reservada por nuestros experimentos podemos utilizar los programas ipcs e ipcrm: ipcs muestra una lista de los recursos IPC reservados (no sólo por nosotros sino también por otros programas, así que cuidado), mientras que ipcrm permite eliminar alguno de ellos; si ejecutamos ipcrm sin argumentos obtendremos toda la información que necesitamos: números adecuados para los primeros experimentos son "5 70 70".

Para extraer el proyecto ejecutamos "tar xvzf ipcdemo-0.1.tar.gz". Para compilar el programa ipcdemo simplemente tendremos que ejecutar "make" en el directorio del proyecto; "make clean" elimina los ficheros de backup y "make cleanall" elimina también los ficheros objeto.

Conclusión

Programas, páginas web y lecturas recomendadas

Los depuradores (como ya hemos dicho) son los mejores amigos de un desarrollador, al menos durante el desarrollo: aprenda cómo utilizar el gdb antes del ddd, porque el tema gráfico está bien pero no es esencial.

• GDB The GNU Project Debugger: www.gnu.org/directory/gdb.html
• DDD Data Display Debugger: www.gnu.org/software/ddd

¿Ha recibido el poderoso mensaje "Segmentation fault" y se está preguntando dónde escribió el código erróneo? Además de leer los ficheros core volcados con gdb podemos ejecutar el programa con valgrind y sacar ventaja de entorno de simulación de memoria.

• Valgrind An open-source memory debugger for x86-linux: developer.kde.org/~sewardj

Tal y como habrá notado, escribir IPC en lenguaje C es divertido pero complicado. Python es la solución: tiene soporte completo para hacer forks así como otras cosas, además de ser extensible en C. Échele un vistazo, vale la pena.

• Python: www.python.org

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